论文总字数：24766字

摘 要

本文以5N高纯铝为研究对象，通过改变轧制工艺参数，研究高纯铝在热轧、冷轧和热处理过程中组织结构和织构的演变，探索晶粒平均尺寸小于200μm、以（100）面取向为主的高取向细晶高纯铝靶材的制备技术。通过金相分析方法，分析热轧和热处理工艺、热轧形变量和总形变量对高纯铝再结晶组织尺寸和均匀性的影响，通过EBSD方法，研究了高纯铝在热轧、中间热处理、冷轧和最终再结晶处理过程中轧面晶粒结构和晶体取向的形成和演变规律。

实验结果表明：冷轧前的热轧和中间热处理能使高纯铝再结晶组织变得均匀，但热轧形变量对再结晶组织影响不大。总形变量增大，高纯铝板再结晶组织尺寸更为细小。高纯铝板热轧组织中只存在少量（100）取向晶粒，冷轧及再结晶处理后（100）取向比例明显增多。再结晶过程中，高纯铝轧制态中的（112）、（123）和（124）取向晶粒倾向于转变成（100）、（114）取向。中间热处理对高纯铝再结晶组织中（100）取向比例影响不大。

热轧形变量80%，总形变量95%，300℃热轧后保温1h进行冷轧，最后退火处理，能得到晶粒尺寸平均在200μm以下，（100）面取向比例达到30%以上的高纯铝靶材。

关键词：高纯铝靶材，轧制，再结晶，晶粒尺寸，晶体取向

Abstract

In this thesis, 5N aluminum is used to study how the microstructure and texture of high-purity aluminum change during the hot rolling, cold rolling and heat treatment and explore the preparation technology of high-purity aluminum with fine grain and high orientation. Analyze the effect of hot rolling and heat treatment, the amount of hot rolling deformation and total amount of deformation on the size and uniformity of the microstructure in high-purity aluminum by metallographic observation. Analyze the development of microstructure and orientation in high-purity aluminum during hot rolling, heat treatment, cold rolling and recrystallization treatment.

The results shows: Hot rolling and heat treatment before cold rolling will help microstructure of high-purity aluminum to be uniform. The amount of hot rolling deformation dose little effect on microstructure. Increase the total amount of deformation can refine microstructure. There is only a small amount of (100) oriented grains in the hot-rolled microstructure of high-purity aluminum plate, and the proportion of (100) orientation after cold rolling and recrystallization treatment is obviously increased. In the recrystallization process, the (112), (123) and (124) oriented grains in the high purity aluminum rolling state tend to be transformed into (100), (114) orientation. The effect of intermediate heat treatment on the proportion of (100) orientation in recrystallization of high purity aluminum was not significant.

Processing 5N aluminum by hot rolling with 80% deformation and 95% total deformation, keeping in 300℃ for 1 hour and recrystallizing can produce high-purity aluminum target with microstructure size of 200μm and (100) orientation proportion of 30%.

KEY WORDS: high-purity aluminum target, rolling, recrystallization, grain size, crystal orientation

目 录

第一章 绪 论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1

1.1 引言．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1

1.2 研究目的及意义．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1

1.3 高纯铝靶材的研究现状．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2

1.3.1 等径角挤压工艺．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．3

1.3.2 高压扭转工艺．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4

1.3.3 累积轧制工艺．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5

1.3.4 多项锻造工艺．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6

1.3.5 轧制工艺．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7

1.4 研究内容．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．8

第二章 材料及试验方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

2.1 试验材料和设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

2.2 高纯铝靶材制备方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

2.2.1 试样准备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

2.2.2 热轧处理试样．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

2.2.3 试样的中间热处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

2.2.4 冷轧处理试样．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9

2.2.4 试样的再结晶处理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

2.3 材料的组织分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

2.3.1 微观结构观察．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

2.3.2 晶粒取向分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10

第三章 轧制工艺对高纯铝微观组织的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

3.1 热轧和中间热处理对高纯铝微观组织的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11

3.2 热轧形变量对高纯铝微观组织的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12

3.3 总形变量对高纯铝微观组织的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13

3.4 本章小结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15

第四章 轧制工艺对高纯铝晶体取向的影响．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

4.1 高纯铝板材轧面微观组织的演变．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16

4.2 晶体取向在轧制和热处理过程中的形成及演变规律．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17

4.3 本章小结．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．20

结果与讨论．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21

致谢．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22

参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23

第一章 绪论

1.1引言

自20世纪80年代起，电子信息产业发展迅速，电子器件已经渗透在人类生活的各个方面。作为电子信息产业中的关键技术，薄膜技术逐渐进入工业化生产领域，取得了突飞猛进的发展，应用日益广泛。因为各种电子元器件的不断创新和发展，集成电路作为电子信息产业的关键产品，性能指标也越来越高。因此对薄膜技术的工艺要求也越来越高，质量良好的薄膜才能更完整稳定的实现集成电路所需要的功能。现代大型集成电路的生产过程中，溅射镀膜法因为其沉积所得的金属薄膜晶粒紧密程度高、与基体材料附着良好，所以集成电路中金属薄膜的形成通常采用溅射镀膜法。其中靶材即为溅射镀膜法制备薄膜所消耗的原料。根据溅射工艺原理，基体上沉积的薄膜的质量不仅与溅射操作的工艺有关，还与靶材的性能有很大关系。靶材的晶粒大小和晶体取向都会对溅射镀膜法制备的薄膜的功能有很大的影响，晶粒细小均匀、晶体取向集中一致的靶材，能够在基体材料上溅射形成晶粒组织均匀分布、垂直方向厚度基本一致的薄膜。靶材的微观组织直接制约着金属薄膜沉积的质量，因此作为溅射过程的关键材料，集成电路产业对靶材的性能有着严格的要求。

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